滴灌頻率對(duì)日光溫室土壤水熱分布及黃瓜生長(zhǎng)的影響

馬小連，擺虹霞，張亞紅，2

（1.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學(xué) 食品與葡萄酒學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

黃瓜是我國(guó)北方冬春季溫室栽培的主要蔬菜，也是耗水量最大的蔬菜之一[1-2]。水分虧缺已成為限制黃瓜產(chǎn)量提高的重要因素，也是影響干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境改善的重要因素[2]。灌水量和灌水頻率是作物灌溉制度的核心內(nèi)涵，已有研究表明，灌溉頻率可以改變土壤水分空間分布和土壤蓄水量[3]，影響土壤溫度[4]和土壤養(yǎng)分分布[5-6]。劉淑艷等[7]研究了日光溫室春夏茬黃瓜灌水頻率，提出坐果期灌水間隔為1 d有利于產(chǎn)量形成；郭文忠等[8]研究發(fā)現(xiàn)，間隔6 d灌水對(duì)于增加干物質(zhì)積累效果最好，間隔3 d灌水產(chǎn)量最高。孫麗萍等[9]發(fā)現(xiàn)，在日光溫室黃瓜生產(chǎn)中，灌溉頻率對(duì)植株蒸騰、產(chǎn)量和水分利用效率的影響不同；張西平等[10]研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜結(jié)果期灌水周期為3 d，灌水定額為15 mm時(shí)，黃瓜葉面積大，葉綠素含量高，葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度較大；每隔4~5 d灌1次水，灌水定額為15 mm，對(duì)黃瓜株高、莖粗、葉面積指數(shù)等形態(tài)指標(biāo)產(chǎn)生了較好的效果。何華等[11]的研究表明，在西北地區(qū)日光溫室中，膜下滴灌條件下于黃瓜開花期每隔7 d灌水1次，結(jié)果期每隔3~5 d灌水1次，每次灌水10 m3/667 m2時(shí)，既有利于黃瓜商品率的提高，又有利于產(chǎn)量水平的提高?？梢?，在具有一定可控性的設(shè)施農(nóng)業(yè)中，灌溉制度因區(qū)域氣候、土壤和作物特性等具有明顯差異，需要因地制宜來制定水分管理制度。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)農(nóng)作物的灌溉規(guī)律及其對(duì)產(chǎn)量的影響進(jìn)行了大量研究，為提高水分利用效率、優(yōu)化灌溉措施提供了理論依據(jù)，但已有研究大多以盆栽的形式進(jìn)行。本試驗(yàn)以黃瓜為研究對(duì)象，采用滴灌灌溉方式，研究不同灌水頻率對(duì)黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育的影響，旨在為西北地區(qū)黃瓜栽培種植提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年3—7月在寧夏園藝產(chǎn)業(yè)園進(jìn)行。該試驗(yàn)站地理坐標(biāo)為東經(jīng)105°53′~106°36′，北緯38°26′~38°48′，屬于中溫帶干旱氣候區(qū)。熱量資源較豐富，大于或等于0℃積溫為3 753.2℃，大于或等于15℃積溫為2 629.9℃，年平均氣溫8.5℃左右，年平均日照時(shí)數(shù)2 800~3 000 h，年平均降水量200 mm左右，主要作物生長(zhǎng)期所需熱量均能滿足。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為黃乳4號(hào)，為寧夏天源種業(yè)有限公司選育的黃瓜新品種。定植日期為2020年3月31日，拉秧日期為7月10日。黃瓜各生育期時(shí)間：幼苗期（4月1日—4月28日）、初瓜期（4月28日—5月10日）、盛瓜期（5月10日—6月25日）、末瓜期（6月25日—7月10日）。試驗(yàn)小區(qū)面積為1.2 m×8.5 m，采用膜下滴灌帶灌水，滴灌帶平行于黃瓜種植方向布置，黃瓜行間距為40 cm×27 cm。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行滴灌。前茬種植蔬菜為番茄，黃瓜生育期內(nèi)的施肥通過定植期施底肥和苗期、瓜期施追肥實(shí)現(xiàn)。種植前將各處理肥料用量的35%以底肥方式施入，追肥按照花期追肥1次、初果期追肥2次和盛果期追肥5次，全生育期共追肥8次施入。肥料選用磷酸二氫鉀、尿素和硝酸鉀。在整個(gè)生育期各處理的施肥量和管理措施保持一致。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3個(gè)灌水頻率：1 d灌水1次（T1）、3 d灌水1次（T2）、5 d灌水1次（T3），每個(gè)處理3次重復(fù)，共9個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為10.2 m2，定植黃瓜44株。按照試驗(yàn)方案進(jìn)行滴灌，灌水量一定且通過水表（精度0.0001）控制。黃瓜在各個(gè)生育期的需水量不一致，灌水頻率和各個(gè)時(shí)期灌水量如表1所示。

表1 不同生育期黃瓜灌水頻率及定額

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1土壤體積含水量及土壤溫度的測(cè)定 采用TDR-3型土壤水分傳感器實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤體積含水量和土壤溫度。采用土壤溫度測(cè)試儀測(cè)定0~30 cm土層的土壤溫度。

1.4.2株高、莖粗、葉綠素的測(cè)定 在黃瓜的各個(gè)生育期，于每個(gè)小區(qū)內(nèi)選取具有代表性的3株植株，用卷尺測(cè)定其株高；莖粗采用游標(biāo)卡尺測(cè)定地上部第3節(jié)間的直徑；采用葉綠素儀測(cè)定有特定標(biāo)記葉片的葉綠素。

1.4.3產(chǎn)量的測(cè)定 在黃瓜的各個(gè)生育期，于每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取具有代表性的3株植株，自果實(shí)成熟時(shí)開始采摘，并用萬(wàn)分之一型電子天平稱其單果質(zhì)量及總質(zhì)量，連續(xù)采摘全生育期果實(shí)，累計(jì)計(jì)算黃瓜產(chǎn)量，根據(jù)單株產(chǎn)量核算單位面積產(chǎn)量。

1.4.4黃瓜品質(zhì)的測(cè)定 Vc含量采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定；有機(jī)酸通過酸堿中和滴定測(cè)定；可溶性固形物通過ATAGOP32（Japan）手持折射儀測(cè)定。

1.4.5黃瓜生育期內(nèi)空氣溫度的測(cè)定 通過各種傳

感器采集黃瓜生育期內(nèi)的空氣溫度并記錄。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪圖；采用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃瓜生育期內(nèi)空氣溫度的變化

試驗(yàn)溫室為土墻結(jié)構(gòu)，圖1為在黃瓜整個(gè)生育期內(nèi)日光溫室中的最高溫、最低溫和日均溫。2020年3—7月期間，試驗(yàn)溫室最高溫度為22.6~43.9℃，平均35.4℃，最低溫度為11.3~20.1℃，平均16.6℃，日平均溫度為19.7~30.0℃，平均日均溫為24.4℃，活動(dòng)積溫為2 192.6℃。

圖1 黃瓜生育期內(nèi)溫室空氣溫度的變化情況

2.2 滴灌頻率對(duì)溫室土壤水熱分布的影響

2.2.1滴灌頻率對(duì)土壤含水量的影響 黃瓜根系分布區(qū)域?yàn)橥翆?~30 cm，滴灌頻率對(duì)0~30 cm不同深度土層土壤水分含量的影響及其在黃瓜生長(zhǎng)期的變化過程如圖2所示。黃瓜生育期內(nèi)，各處理的土壤體積含水量變化趨勢(shì)基本一致，最大耗水量均出現(xiàn)在5月中下旬及6月上旬，主要是因?yàn)樵诖藭r(shí)段黃瓜進(jìn)入盛果期，而且氣候同步進(jìn)入高溫時(shí)期，黃瓜蒸騰強(qiáng)烈，從而導(dǎo)致黃瓜需水量較大，說明植物對(duì)水分的需求隨著不同發(fā)育階段和環(huán)境因子的變化而變化[12]。這與孔德杰等[13]報(bào)道的黃瓜需水量基本上呈現(xiàn)為開花期和初瓜期小、盛瓜期大、后期小,需水高峰出現(xiàn)在結(jié)瓜盛期的結(jié)論一致。T1處理具有“少灌多次”的特點(diǎn)，其濕潤(rùn)層含水量基本高于其他處理，波動(dòng)幅度也小于其他2個(gè)處理。而T3處理的灌溉頻率低、次數(shù)少，在3個(gè)處理中為相對(duì)缺水狀態(tài)。T3處理的土壤體積含水量波動(dòng)大，含水率低。

注：A為0~15 c m土層；B為15~30 c m土層。

2.2.2滴灌頻率對(duì)土壤溫度的影響 不同滴灌頻率對(duì)0~30 cm土層土壤溫度的影響如圖3所示。土壤溫度隨氣溫的變化而變化，由于試驗(yàn)在日光溫室中進(jìn)行，各小區(qū)均覆膜以保溫保水，因此全生育期平均土壤溫度接近或高于空氣溫度。在3個(gè)處理中，上層土壤溫度（主要是15 cm土層）受空氣溫度的影響較為明顯。另外，比較5月中旬前后土壤溫度的變化可以發(fā)現(xiàn)，5月之前土壤溫度隨空氣溫度的變化而波動(dòng)的幅度明顯大于5月后?？赡茉蚴?月中旬之前黃瓜處于幼苗期，葉片小、葉片數(shù)相對(duì)較少，太陽(yáng)輻射可直接到達(dá)地表，對(duì)土壤溫度變化的影響顯著。5月中旬后，植株葉片數(shù)增多且葉片變大，因此上層土壤溫度受氣溫影響的變化幅度較小。

土壤溫度與灌水也有較大關(guān)系，采用“少灌多次”的灌水方法，始終使土壤保持濕潤(rùn)，增大了土壤比熱容，可延遲氣溫對(duì)土壤溫度的影響。但隨著灌溉水在土壤中的再分布和不斷被消耗，表層土壤溫度受氣溫的影響逐漸增強(qiáng)。由圖3可知，高頻灌水T1處理較T2、T3的土壤溫度始終保持在較低水平，灌水對(duì)抑制地溫效果明顯。

注：A為0~15 c m土層；B為15~30 c m土層。

2.3 滴灌頻率對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的影響

2.3.1滴灌頻率對(duì)黃瓜株高和莖粗的影響 由圖4可知，隨著黃瓜生育期的增長(zhǎng)，各處理的株高逐漸增加。各處理在苗期、初瓜期、盛瓜期和末瓜期的差異均不顯著，3個(gè)處理的株高增長(zhǎng)量基本相同。結(jié)果表明，在相同灌水量條件下，不同灌溉頻率對(duì)黃瓜株高的影響差異不顯著。

圖4 滴灌頻率對(duì)黃瓜株高的影響

由圖5可知，黃瓜莖粗隨著生育期的增長(zhǎng)而逐漸增加。各處理的莖粗在苗期差異不顯著。在初瓜期，T2與T3差異不顯著，但二者均與T1差異顯著，較T1高14.6%。在盛瓜期，T2與T3差異不顯著，但二者與T1差異顯著，較T1分別高2.4%、7.2%。在末瓜期，各處理的莖粗差異不顯著。這說明在灌水總量相同的前提下，前期灌水次數(shù)少有利于黃瓜莖粗的增長(zhǎng)，而到了后期對(duì)莖粗的效果不明顯。原因可能是黃瓜在生長(zhǎng)發(fā)育過程中通過莖粗的變化適應(yīng)不同的水分需求。

圖5 滴灌頻率對(duì)黃瓜莖粗的影響

2.3.2滴灌頻率對(duì)黃瓜葉片數(shù)和葉綠素的影響 由圖6可知，黃瓜葉片數(shù)隨著生育期的延長(zhǎng)而逐漸增加，總體呈上升趨勢(shì)。雖然各處理起始時(shí)的葉片數(shù)不同，但增長(zhǎng)量基本相同。因此，在相同灌水量的條件下，不同的灌溉頻率對(duì)黃瓜葉片數(shù)的影響差異不顯著。由圖7可知，葉綠素隨著生育期的增長(zhǎng)而逐漸增長(zhǎng)。各處理的葉綠素在苗期和末瓜期差異不顯著。在初瓜期，T1與T2差異不顯著，但二者與T3差異顯著，T2、T3較T1分別增長(zhǎng)了20.2%、21.0%。在盛瓜期，T2與T3差異不顯著，但二者與T1的差異顯著，T2和T3較T1分別增長(zhǎng)了8.2%、9.2%。這說明灌水量相同的條件下，T2和T3的灌水方式能顯著提高黃瓜葉片的葉綠素含量，有利于提高植物的光合作用。

圖6 滴灌頻率對(duì)黃瓜葉片數(shù)的影響

圖7 滴灌頻率對(duì)黃瓜葉綠素的影響

2.4 滴灌頻率對(duì)黃瓜果實(shí)性狀、品質(zhì)及其產(chǎn)量的影響

2.4.1滴灌頻率對(duì)黃瓜果實(shí)性狀及產(chǎn)量的影響 由表2可知，隨著滴灌頻率的增加，黃瓜果實(shí)的結(jié)果數(shù)、橫縱徑及產(chǎn)量均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而果形指數(shù)差異不顯著。T3的各項(xiàng)指標(biāo)顯著高于T1、T2。T3的黃瓜單果質(zhì)量、小區(qū)產(chǎn)量和總產(chǎn)量分別比T1高3.6%、34.0%和31.9%，比T2高2.9%、25.0%和25.8%，差異均達(dá)顯著水平。這表明在灌水總量相同的條件下，T3的果實(shí)性狀最優(yōu)、產(chǎn)量最高。

表2 滴灌頻率對(duì)黃瓜果實(shí)性狀及產(chǎn)量的影響

2.4.2滴灌頻率對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響 由表3可知，黃瓜果實(shí)的Vc質(zhì)量比、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨著滴灌頻率的增加呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)；而有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不受滴灌頻率變化的影響。在盛瓜期，T3的Vc質(zhì)量比、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性固形物較T1分別高25.0%、27.0%和2.0%，較T2分別高20.8%、21.0%和0.5%。在末瓜期，T3的Vc、可溶性糖和可溶性固形物較T1分別高71.0%、37.0%和15.7%，較T2分別高12.7%、12.9%和11.6%，差異均達(dá)顯著水平。可見，T3的黃瓜品質(zhì)最好。

表3 滴灌頻率對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

3 結(jié)論與討論

日光溫室的土壤體積含水量在不同灌水頻率下的變化情況不一致。黃瓜最大需水量出現(xiàn)在5月下旬至6月上中旬，在此時(shí)段黃瓜由初瓜期進(jìn)入盛瓜期，2~5穗果進(jìn)入膨大及成熟階段，而且氣候逐漸步入高溫時(shí)期，黃瓜蒸騰強(qiáng)烈，從而導(dǎo)致黃瓜需水量較大。這與孔德杰等[13]、杜社妮等[15]報(bào)道的黃瓜需水量呈現(xiàn)初瓜期少、盛瓜期大、末瓜期少的結(jié)果一致。當(dāng)灌水頻率高時(shí)，土壤濕潤(rùn)層含水量基本高于“水量小、頻率低”的處理，其波動(dòng)幅度也小于其他處理。這與侯建安等[14]、李道西等[15]的研究結(jié)果一致。在黃瓜苗期和初瓜期，上層土壤溫度隨空氣溫度變化而波動(dòng)的幅度明顯大于黃瓜盛瓜期。在不同的灌水頻率下，高頻灌水較中頻、低頻灌水的土壤溫度始終較低，原因是灌水對(duì)抑制地溫效果明顯。這與侯建安等[14]的研究結(jié)果一致。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在灌水量一定時(shí)，隨著灌水頻率的降低，黃瓜株高、莖粗、葉片數(shù)、產(chǎn)量等隨之增長(zhǎng)，這與韋澤秀等[16]、吳立飛等[17]、王新元等[18]的研究結(jié)果一致。除有機(jī)酸外，Vc質(zhì)量比、可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨灌水頻率的增加而逐漸降低，這與吳立飛[17]的研究結(jié)果一致。

綜合考慮本試驗(yàn)中黃瓜生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)等因素，在總灌水量一定的條件下，低頻灌水（5 d）可保證黃瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，實(shí)現(xiàn)黃瓜灌水高效管理。